CN102590602A

CN102590602A - 交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法

Info

Publication number: CN102590602A
Application number: CN2012100315479A
Authority: CN
Inventors: 穆明建
Original assignee: XI'AN AIBANG ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: Xian Aibang Electronic System Co., Ltd.
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明提供一种交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，主要解决了现有技术在进行交流电压和电流采集时，均采用不同的信号处理通道，从而导致需要大量元件进行测量，局限性大的问题。该交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，包括以下步骤：1]将被测的各路电压和电流信号转换为范围一致的电流信号，转换完成后将该信号输入至步骤2进行处理；2]对步骤1处理完成的电流信号进行取样，取样完成后，将经步骤1处理的电流信号转换为成比例的电压信号。本发明大大节约了电路成本、减小电路板面积，而且使通道输入量的灵活性倍增。

Description

交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种信号处理方法，具体涉及一种交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法。

背景技术

在进行交流电压和电流采集时，一般需要把被测的电压和电流信号通过互感器变换为比较弱的信号，然后通过模拟信号处理电路进行滤波、放大等常规处理，然后进入专用电力参数采集芯片或A/D转换器，最终在CPU中进行运算、处理及显示等。

在进行交流电压和电流采集时，常规的方法是采用不同的信号处理通道，即电压和电流采用不同电路来进行处理，这样电路调试比较简单，但是存在如下缺陷：

1、电压和电流处理电路不同，因此有多少电压和电流信号，就需要多少处理电路，导致元件浪费、电路板面积庞大。

2、对于传统电力仪表，以两路电压、两路电流为例，虽然内部有4路处理通道，但在需要测量3～4路电压或3～4路电流的场合却显得无能为力，故使用起来有局限性。

发明内容

本发明提供一种交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，主要解决了现有技术在进行交流电压和电流采集时，均采用不同的信号处理通道，从而导致需要大量元件进行测量，局限性大的问题。

本发明的具体技术解决方案如下：

该交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，包括以下步骤：

1]将被测的各路电压和电流信号转换为范围一致的电流信号，转换完成后将该信号输入至步骤2进行处理；

2]对步骤1处理完成的电流信号进行取样，取样完成后，将经步骤1处理的电流信号转换为成比例的电压信号。

上述步骤2完成后，选择需要采集的信号进行采集，其具体是采用交流电压电流公用信号处理电路的切换结构进行选择。

上述切换开关可以是单刀双掷的继电器、组合开关、线路板开关等，也可以是任何可实现二选一功能的切换开关，如模拟开关等，同理可引出如下结论：使用具有3选一功能的切换开关即可实现用同一信号处理电路对3路电压或电流信号进行处理，继而推出使用具有N选一功能的切换开关即可实现用同一信号处理电路对N路电压或电流信号进行处理，N为自然数。

通过切换开关可将被测电压或电流信号引入后续的公用信号处理电路进行处理，如放大、滤波等，从而实现用同样的信号处理电路对电压或电流进行处理。

切换开关包括设置在印制板上的至少2组裸露导线和控制装置，还包括V片，所述V片用于短接裸露导线组，V片与控制装置连接，控制装置用于使V片短接被选择的裸露导线组。4组裸露导线及四个V片的组合最为常用。

上述步骤1中，将电压信号转换为范围一致的电流信号，其具体是用电压互感器将电压信号转换为范围一致的电流信号；将电流信号转换为范围一致的电流信号，其具体是用合适变比的电流互感器或电流钳将电流信号转换为范围一致的电流信号。

上述步骤2完成后，对输出的电压信号进行滤波放大处理。

上述裸露导线盘为圆弧状，裸露导线圆心对称设置于印制板上，从外环到内环每相邻的两个同心圆弧裸露导线为一组，控制装置安装于圆心，以圆心为中心旋转。

本发明的优点在于：

本发明提供的交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，解决了交流电压和电流采集电路中难以用相同电路对其进行处理的问题，使得电压和电流信号可共用相同电路进行处理，减少了在同等输入信号时所需的电路及元件数量，从而可大大节约了电路成本、减小电路板面积，而且使通道输入量的灵活性倍增。

附图说明

图1为电压转换电路；

图2为电流转换电路；

图3为取样电路；

图4为切换开关；

图5为传统信号处理流程图；

图6为本发明提供的切换方法处理流程图。

具体实施方式

为了使交流电压和电流能共用相同的信号处理通道，本发明提供了一种信号处理及切换方法，具体描述如下：

1]将被测的各路电压通过信号转换电路变换为弱电压信号，变换完成后将该信号输入至步骤3进行处理；

若想用相同的信号处理电路对交流电压和电流信号进行处理，则需要先将被测的电压和电流信号转换为相同类型的信号，且范围一致。为此，对于被测交流电压信号，将其通过信号转换电路变换为成比例的弱电压信号。信号转换电路可采用电压互感器、电阻分压、运算放大器降压等方式实现。

2]将被测的各路电流通过信号转换电路变换为弱电流信号，变换完成后再经取样电路变换为成比例的弱电压信号，将该弱电压信号输入至步骤3进行处理；

若想将被测电流变换为与步骤1得到的信号范围相同的弱电压信号，则首先通过电流变换电路将被测电流变换为弱电流，上述电流变换电路可以通过电流互感器、电流钳、分流器等方式实现；弱电流信号经取样电路后可变换为成比例的电压信号，取样电路可以是电阻、基于运算放大器的I/V变换电路等。

3]步骤1和2完成后，选择需要采集的信号进行采集，其具体是采用交流电压电流公用信号处理电路的切换结构进行选择，参图6。

若用同一信号处理电路对步骤5和6得到的弱电压信号进行处理，则需要借助于图6所示的切换结构来实现。图6示出了利用单刀双掷开关来实现将电压或电流信号2选1进入后期信号处理电路的方法。该切换结构也可以利用继电器、模拟开关、转换开关、线路板开关等方式实现。

同理，若需将多路信号采用同一信号处理电路进行处理，则可使用具有多选一功能的切换开关、继电器、模拟开关、线路板开关等实现。

以下结合具体实施例对本发明进行详述：

若用相同的信号处理电路对交流电压和电流信号进行处理，则需要先将被测的电压和电流信号转换为相同类型的信号，且范围一致。为此，对于被测交流电压信号，将其使用电压互感器进行转换，输出电流信号，电路如图1所示；图1中，PT1为电流比1∶1的互感器。被测交流电压从端子J1和J3接入，设被测电压范围是0～500V，若希望输出电流最大值为4mA，则取样电阻为500V/4mA＝125KΩ；电流转换电路比较简单，选用合适变比的电流互感器或电流钳即可，设被测电流范围为0～10A，若希望输出电流最大值为4mA(应与电压转换电路输出范围一致)，则互感器变比为10A/4mA＝2500∶1，如图2所示；

2]对步骤1处理完成的电流信号进行取样，取样完成后，将经步骤1处理的电流信号转换为成比例的电压信号；将电压和电流变换为同范围的弱电流信号后，还要进行取样，将其转换为成比例的电压信号，以方便进入后级进行滤波及放大处理，电路如图3所示；

设后级电路所需的电压范围是-5V～+5V，考虑交流最大值与有效值之间的倍数关系，则取样电阻实际应用中应留10％以上余量，故实际取电阻R＝750Ω；OUT输出为-5V～+5V范围，后级接滤波及放大电路，这里不再给出。

步骤2完成后，选择需要采集的信号进行采集，其具体是采用交流电压电流公用信号处理电路的切换结构进行选择，下面结合具体实施例进行说明：

设有4路电压信号和4路电流信号，其共用4路信号处理通道。4路电压信号各自经电压互感器变换为U1、U2、U3、U4等4路信号；4路电流信号各自经电流互感器变换为I1、I2、I3、I4等4路信号；4路信号处理电路的输入为UI1、UI2、UI3、UI4。

该交流电压电流公用信号处理电路的切换结构，可以用来切换取样电路与不同输入信号的连接，从而实现以下5种信号组合的同时采集：1、4U：U1、U2、U3、U4；2、3U1I：U1、U2、U3、I4；3、2U2I：U1、U2、I3、I4；4、1U3I：U1、I2、I3、I4；5、4I：I1、I2、I3、I4

如附图4所示，采用单层4刀6掷线路板转换开关。其中，黑色同心圆弧为PCB印制板上的裸露导线，从外环到内环的每相邻的两个同心圆弧为一组，共分4组。每组用一个短接V片将其短接，V片由旋转开关带动进行旋转，旋转开关可停留的位置为OFF、4U、3U1I、2U2I、1U3I、4I。

附图4为选转开关停留在“2U2I”位置时V片的状态，此时4个V片将U1-UI1、U2-UI2、I3-UI3及I4-UI4分别短接，于是将信号U1、U2、I3和I4引入处理电路。

Claims

1.一种交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，其特征在于：

所述步骤2完成后，选择需要采集的信号进行采集，其具体是采用切换开关进行信号选择。

3.根据权利要求2所述的交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，其特征在于：所述切换开关是N选一开关，N为自然数。

4.根据权利要求3所述的交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，其特征在于：所述切换开关包括设置在印制板上的至少2组裸露导线和控制装置，还包括V片，所述V片用于短接裸露导线组，V片与控制装置连接，控制装置用于使V片短接被选择的裸露导线组。

5.根据权利要求4所述的交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，其特征在于：所述步骤1中，将电压信号转换为范围一致的电流信号，其具体是用电压互感器将电压信号转换为范围一致的电流信号；将电流信号转换为范围一致的电流信号，其具体是用合适变比的电流互感器或电流钳将电流信号转换为范围一致的电流信号。

6.根据权利要求5所述的交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，其特征在于：所述步骤2完成后，对输出的电压信号进行滤波放大处理。

7.根据权利要求6所述的交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，其特征在于：所述裸露导线盘为圆弧状，裸露导线圆心对称设置于印制板上，从外环到内环每相邻的两个同心圆弧裸露导线为一组，控制装置安装于圆心，以圆心为中心旋转。

8.根据权利要求7所述的交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，其特征在于：所述裸露导线为4组，V片为四个。

9.根据权利要求8所述的交流电压电流采集时采用公用处理电路的信号处理方法，其特征在于：所述N选一切换开关中N为一时，选择单刀双掷的继电器、组合开关、线路板开关，N为二时，选择模拟开关。